[發(fā)明專利]一種原位自生鋁基復合材料棒材制備方法

有效

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• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104138921A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 周中波;林琳;劉娣;張利軍;薛祥義
• 申請（專利權）人: 西安西工大超晶科技發(fā)展有限責任公司
• 主分類號: B21C37/04
• 分類號: B21C37/04;C22C1/02;C22C21/00;C22B9/20;B22D7/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發(fā)明屬于金屬基復合材料技術領域，涉及一種金屬復合材料的制備方法，具體涉及一種原位自生鋁基復合材料棒材制備方法。

背景技術

航空航天飛行器、空間裝置、空間探測等系統(tǒng)中關鍵零部件要求所使用的材料同時具有高比強度、高比模量、高導熱性、低熱膨脹性、高抗熱變形能力等綜合性能。傳統(tǒng)的單一金屬、高分子、陶瓷材料已難于滿足如此高的綜合性能要求，由高性能增強體(顆粒、晶須、短纖維)和鋁合金復合而成的非連續(xù)增強鋁基復合材料，既具有鋁合金的優(yōu)良性能，又可通過選擇加入合適的增強體獲得所需的優(yōu)異綜合性能，可滿足對綜合性能要求較高的使用需求。

原位自生鋁基復合材料由于增強體在基體內(nèi)部原位合成，增強體顆粒尺寸細小，基體與增強體界面結合較好且界面干凈，工藝簡便、成本低，從而獲得了大量的研究及應用。ZL200310122739.1、ZL200510028209.X介紹了采用混合鹽法制備了原位自生鋁基復合材料，然而，這些方法僅解決了增強相在復合材料熔融狀態(tài)下的均勻分布問題。由于熔融狀態(tài)的復合材料在結晶過程中將增強相排斥到晶界處，使得增強相富集、偏聚，造成復合材料的不均勻性，極大地惡化了材料性能。特別是要生產(chǎn)Φ150mm以上的大棒材時，由于采用砂套等常規(guī)鑄型成形，熔融狀態(tài)的復合材料凝固十分緩慢，增強相在復合材料中不均勻的情況顯得十分嚴重，同時由于鑄錠偏向于同時凝固，在材料中心易形成縮松、縮孔等缺陷，材料中的夾渣也難以浮出表面，鑄錠質(zhì)量難以控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述問題，提供一種原位自生鋁基復合材料棒材制備方法，制得的鋁基復合材料棒材中TiB₂增強相分布十分均勻、組織十分致密、無夾雜缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

步驟一、采用混合鹽法制備TiB₂增強的鋁基復合材料坯錠；

步驟二、將步驟一中的鋁基復合材料坯錠組焊形成截面為Φ150mm～Φ500mm的自耗電極，再將自耗電極裝入真空自耗電弧熔煉爐中進行熔煉，熔煉后獲得Φ200mm～Φ600mm的真空自耗鑄錠；

步驟三、將真空自耗鑄錠送入電阻爐中加熱至450℃～490℃并保溫，將經(jīng)過保溫后的真空自耗鑄錠在450℃～490℃下進行鍛造，獲得Φ150mm～Φ500mm鋁基復合材料棒材。

所述采用混合鹽法制備TiB₂增強的鋁基復合材料坯錠的具體過程如下：按照鋁基復合材料的名義化學成分計算該復合材料的中合金元素的質(zhì)量比，然后按照計算出的質(zhì)量比將KBF₄和K₂TiF₆混合均勻后加入到純鋁液中，反應生成TiB₂增強相，然后再向純鋁液中加入中間合金獲得液態(tài)的鋁基復合材料；將液態(tài)的鋁基復合材料澆注到砂套或者金屬模中形成鋁基復合材料坯錠。

所述鋁基復合材料坯錠為長方體狀，截面為30mm×30mm～100mm×100mm。

所述鋁基復合材料具體為ZL101/TiB₂、ZL105/TiB₂或ZL201/TiB₂鋁基復合材料。

所述步驟二中熔煉前先將自耗電極進行組焊，然后再放入到真空自耗電弧熔煉爐中進行熔煉，并且熔煉全過程采用水冷進行冷卻。

所述步驟二中熔煉過程中的熔煉電流為5～26KA，熔煉電壓28～38V，穩(wěn)弧電流為5～14A的交流電流，真空度為3×10^-1～8×10^-1Pa。

所述步驟三中將真空自耗鑄錠送入電阻爐中加熱前將真空自耗鑄錠扒皮至表面光潔，并進行鋸切冒口。

所述步驟三中保溫時間為12～24小時。

所述步驟三中鍛造具體為2～3火次鍛造。